某車型側(cè)門漏液孔尺寸優(yōu)化設(shè)計

朱建華 滕平

【摘 要】文章結(jié)合汽車側(cè)門漏液孔實際漏液情況和流體力學(xué)中孔口出流的相關(guān)理論公式，提出了一種汽車漏液孔排液時間的數(shù)學(xué)模型和計算方法。通過試驗，驗證了該方法具有較高的精度，并基于EXCEL軟件，開發(fā)了一個計算工具；運(yùn)用該方法優(yōu)化了公司某車型的側(cè)門漏液孔尺寸，使漏液孔尺寸既滿足涂裝對排液時間的要求，又滿足NVH對漏液孔尺寸做到最小的要求。

【關(guān)鍵詞】汽車側(cè)門；漏液孔；排液時間計算；優(yōu)化設(shè)計

【中圖分類號】U463.83 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0058-03

0 前言

整車氣密性是NVH性能中重要的組成部分，其主要影響車內(nèi)風(fēng)噪，公司某車型自上市以來，售后反饋車內(nèi)噪聲高，特別是在高速行駛時風(fēng)噪大，要求對此問題進(jìn)行改進(jìn)。作為改進(jìn)中的一項，NVH要求對側(cè)門的漏液孔進(jìn)行優(yōu)化，尺寸改到最?。ǖ刃в诼┮嚎酌娣e最?。?，以增強(qiáng)整車的氣密性。目前，公司對側(cè)門漏液孔的尺寸設(shè)計主要來自對標(biāo)車型和以往經(jīng)驗，并無準(zhǔn)確的計算設(shè)計方法。

汽車側(cè)門漏液孔主要有2個功能：一是在白車身過涂裝時，排盡殘留在白車門腔體內(nèi)的涂裝槽液，防止不同槽液混合，影響涂裝上漆質(zhì)量；二是在用戶使用過程中，排盡因下雨等因素殘留在車門腔體內(nèi)得水。通過整車淋雨試驗發(fā)現(xiàn)，因外水切、玻璃導(dǎo)槽密封條等零件的密封作用，以及下雨進(jìn)入車門腔體內(nèi)的水量相比涂裝槽液要少得多，所以只要滿足涂裝的排液要求，用戶用車的排水要求就沒有問題。因此，NVH要求的優(yōu)化目標(biāo)等效為將漏液孔尺寸改小到正好滿足涂裝車間的排液要求。

要想知道漏液孔的尺寸是否滿足涂裝車間的排液要求，就必須知道白車門腔體內(nèi)殘留涂裝液的排盡時間。在涂裝車間，白車門實際的出槽過程分為2段：先以一定角度傾斜向上前進(jìn)一段距離，再沿水平方向前進(jìn)一段距離，這2段的涂裝液排放方式不一樣，公司各涂裝生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)相似，線速變化不大，為簡化計算，涂裝車間做試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)白車門水平放置時，殘留涂裝液在35 s內(nèi)排盡時，即可滿足生產(chǎn)線的工藝要求。

根據(jù)白車門的實際結(jié)構(gòu)，內(nèi)外板上可用于排涂裝液的孔包括各種總裝安裝過孔、升降器安裝孔、揚(yáng)聲器安裝孔、外飾裙板卡扣安裝孔、密封膠條卡扣安裝孔、鉸鏈螺栓安裝孔、限位器安裝孔等，根據(jù)實際生產(chǎn)過程發(fā)現(xiàn)，類似升降器安裝過孔、揚(yáng)聲器安裝孔等大孔，對涂裝液排盡時間影響很小，在白車門未完全出槽時，液面即下降到這些孔下邊緣處，所以需要計算排盡時間的殘留液體體積（即這些大孔以下的腔體區(qū)域）。以公司某車型為例，圖1中的2條線之間的體積即為殘留液體體積。

綜上所述，在設(shè)計上，漏液孔尺寸的優(yōu)化方法為先找到一個涂裝液排盡時間的計算方法，再根據(jù)該方法得出一個漏液孔的面積，使涂裝液排盡時間為35 s，最后根據(jù)得出的漏液孔面積，結(jié)合白車門結(jié)構(gòu)需要，得出漏液孔的數(shù)量和長寬尺寸。

1 殘留涂裝液排盡時間計算的數(shù)學(xué)模型建立和計算方法

如圖2所示，根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論，孔口出流一般分為以下幾類：①若d/H>0.1，為大孔口出流；若d/H≤0.1，為小孔口出流。②若δ/d≤3，為薄壁孔口出流；若δ/d>3，為厚壁孔口出流。③若水頭液面在出流過程中恒定不變，為恒定出流；若水頭液面在出流過程中隨之下降，為非恒定出流。④若液體直接流入空氣中，為自由出流；若液體流入下游液體中，為淹沒出流。

圖1所示為某車型白車門的殘留涂裝液區(qū)域，該處內(nèi)外板上的孔主要有揚(yáng)聲器安裝孔、內(nèi)飾封板卡扣安裝孔、線束卡扣安裝孔、密封膠條卡扣安裝孔、防水薄膜排水孔、緩沖膠塞安裝孔、漏液孔，這些孔的尺寸d最大一般不超過15 mm；內(nèi)外板厚度一般不超過1 mm（激光拼焊鈑最厚處一般也不超過1.4 mm）；白車門在涂裝車間出槽時，殘留槽液高度在150 mm左右，且槽液直接流入空氣中，液面隨著液體流出而降低，根據(jù)孔口出流的分類，白車門腔體槽液的流出，應(yīng)屬于薄壁小孔口非恒定自由出流。根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論，薄壁小孔口非恒定自由出流的時間計算公式如下：

根據(jù)前文建立的數(shù)學(xué)模型，計算出前門液體排盡時間t=23.47 s。

同理，后門殘留液體體積區(qū)域共有揚(yáng)聲器安裝孔1個、主定位孔1個、線束卡扣安裝孔2個、內(nèi)飾封板卡扣安裝孔4個、防水膜漏水孔2個、膠條卡扣安裝孔8個、緩沖膠塞安裝孔1個、漏液孔3個。共劃分為10個體積V，對應(yīng)的體積（單位為m3）如下：V1=0.001 011 01、V2=0.001 160 25、V3=0.000 992 56、V4=0.001 147 13、V5=0.000 786 62、V6=0.001 873 39、V7=0.001 561 94、V8=0.001 323 73、V9=0.001 521 82、V10=0.000 958 45。

每個體積V對應(yīng)的液面高度H值（單位為m）如下：H1=0.013 726 9、H2=0.029 913 6、H3=0.043 859、H4=0.059 883 4、H5=0.070 843 8、H6=0.096 859、H7=0.118 275、H8=0.137 205 1、H9=0.162 640 8、H10=0.205 439；同一液面高度上，對應(yīng)各孔面積之和A（單位為m2）如下：A1=0.000 428 19、A2=0.000 042 46、A3=0.000 567 6、A4=0.000 309 4、A5=0.000 095 25、A6=0.000 113 51、A7=0.000 021 24、A8=0.000 021 22、A9=0.000 163 52、A10=0.000 420 76。根據(jù)前文建立的數(shù)學(xué)模型，計算出后門的液體排盡時間t=22.07 s。

3 某車型漏液孔尺寸優(yōu)化

根據(jù)前文計算結(jié)果，結(jié)合涂裝車間槽液排盡時間需小于35 s的要求，前后門漏液孔尺寸都具有優(yōu)化減小的空間。在殘留涂裝液區(qū)域，白車門上的孔，除漏液孔外，均為有裝配要求的功能孔，其尺寸不可更改，故尺寸能優(yōu)化的孔只有漏液孔。

按前文的計算方法，用試探法發(fā)現(xiàn)，當(dāng)減少一個漏液孔時（優(yōu)化前共有3個方形漏液孔，單個漏液孔面積為244 mm2），前門槽液排盡時間增加到31.29 s，后門槽液排盡時間增加到29.27 s，已滿足涂裝車間的要求，而且此時零件的改動量最小、成本最低、時間最短。

4 理論液體排盡時間與實際試驗液體排盡時間對比

將實物白車門的殘留槽液體積切割下來，水平放置，用涂裝前處理液快速灌入腔體中，測量液體的排盡時間。優(yōu)化前與優(yōu)化后，理論時間與實測時間對比見表1。

零件斷點(diǎn)后，涂裝車間反饋無問題，且排液時間已達(dá)到臨界狀態(tài)，不能再增加。

5 結(jié)語

本文根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論公式，提出了一種白車門殘留槽液排盡時間的計算方法。由表1可知，該方法的理論計算結(jié)果與實際試驗結(jié)果吻合較好，具有較強(qiáng)的實用性。運(yùn)用該方法對公司某車型漏液孔尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，減少了一個漏液孔，實踐證明效果明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉鶴年.流體力學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]胡宏，馬保林，柴堅堅，等.轎車側(cè)門漏液孔尺寸最優(yōu)設(shè)計方法[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，43（11）：108-112.

[3]吳聰，曾月婷.提升JV車整車氣密性的措施[J].汽車工藝與材料，2017（3）：1-5.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]